4500吨太空垃圾，有多大的危害？

在《机器人总动员》中，瓦力和伊娃乘坐飞船冲出地球时，必须钻出一层厚厚的太空垃圾。这样的景象距离我们不太遥远。

8月24日，国际空间站俄罗斯舱段“星辰”号服务舱于莫斯科时间当日18时推动了国际空间站变轨，避免了国际空间站与太空垃圾的碰撞。

无独有偶，本月初，一个具有抓取功能的航天器正打算靠近垃圾，将其扔到大气层中烧毁时，原本作为目标的太空垃圾被另一块太空垃圾击中。垃圾“杀死”了垃圾，有些黑色幽默。

《机器人总动员》 图源：网络

据统计，在地球运行轨道上大约有一亿块微碎片，这些太空垃圾相当于一亿颗蓄势待发的隐形子弹。

当太空垃圾存到了一定数量时，将锁死人们探索太空的可能。太空垃圾从何而来？危害有多大？如何清理？

太空垃圾从何而来？

自1957年10月第一颗人造卫星进入天空开始，人造的太空垃圾已经同步产生。

有公开报道称，仍有超过4500吨重的垃圾留在绕地轨道上。其中最有名的是已报废的美国先锋1号卫星，该卫星于1958年发射，现已成为在太空中停留时间最长的垃圾。

理论上，卫星达到使用寿命后，会通过变轨通过大气燃烧来自毁。不过仍存在卫星失控及高轨道卫星因动能较大，难以如期减速坠毁的情况。 

其间，还有一些意料之外的情况。比如，美国在20世纪60年代，执行过西福特计划，将4亿3000万根微小的铜针，散布在轨道上，作为天线，从而帮助提高与驻外海军的通讯能力。 

当时，美国相关当局公开表示，这些全长1.78厘米、直径约20微米的铜针会在3年内陆续离开轨道。事实上，仍有相当数量的铜针残留在轨道上。

宇航员储藏作业时，不小心遗失的物品，也一直在太空中游荡，其中有扳手、钳子、整套工具包，也有手套、牙刷，还有至少两部摄影机，他们大概率一直漂浮在太空中。

20世纪60至70年代，美苏在星球大战时，双方的反卫星武器实验也制造了大量的太空垃圾。

1985年，美国国会意识到了反卫星试验的潜在风险，准备颁布禁令。听到风声的美军，抓紧重启了反卫星武器实验，特地赶在禁令前击毁了一颗在近地轨道上的退役太阳观测卫星。据称，最后一块碎片，直至2004年才坠入大气层烧毁。

令人遗憾的是，类似的事件仍有发生。俄罗斯在2021年11月也用一枚导弹，摧毁了一颗废弃军事侦察卫星。这产生了上千颗可追踪的碎片，并可能会产生数十万块较小的碎片。

首次有记载的卫星发生相撞发生在1991年。退役的俄罗斯导航卫星Cosmos 1934被其姊妹卫星 Cosmos 926的一块碎片撞成两半——这属于碰撞事件中的“安静”版本了。更激烈的一次发生在2009年，美国通信卫星铱星33（Iridium 33）与退役的俄罗斯卫星Cosmos 2251相撞，一年之内识别出来的碎片数就多达1740——这是人造卫星间首次超高速碰撞，碰撞速度达到11.7千米/秒。

太空垃圾的运动速度极快，一个小小的碎片都恰如一颗颗冷不丁射出的子弹，威胁着太空中设备安全和宇航员的生命。

太空垃圾一般在高度300-450公里的近地轨道上以每秒7-8公里高速运动，在36000公里高度的地球静止轨道上以每秒3公里的速度运动。 

根据轨道倾角碰撞时的相对速度可以达到每秒10公里以上，因此具有巨大的破坏力。

据计算，一块直径为10厘米的太空垃圾就可以将航天器完全摧毁，数毫米大小的太空垃圾就有可能使它们无法继续工作。

更可怕的是大量尺寸极小、难以被观测到的太空垃圾碎片。有资料称，已经被记录在案的直径大于10cm的太空垃圾有27000个；预估1—10cm之间的垃圾数量约为50万个；1mm—1cm超过1亿。10cm是一个分界值，大于此的太空垃圾，做汇合和碰撞评估才是有效的。

无法被追踪的“小垃圾”有更大的潜在风险。六十年代，科学家们发明了“轻气枪”（Light-Gas Gun）——一种模拟轨道速度的装置。当一个重量只有7克，由聚碳酸酯制成的抛射物，以7公里/秒与铝块相撞时，立即“炸”出一个比自身尺寸宽五倍、深五倍的坑。

太空垃圾不仅是躲在角落里开冷枪的潜在杀手，更有可能阻碍地球人飞往太空的计划。

1978年，美国NASA科学家唐纳德·凯斯勒（Donald Kessler）提出，太空中垃圾太多，相互间会发生碰撞，形成更多的碎片，这些碎片之间再次碰撞，引发一系列的次级碰撞，如同原子裂变反应，产生指数级增长的碎片。于是碎片撞击的概率越来越大，时间越来越短，如此恶性循环，直至将所有航天器损毁。

综合来看，人类对付天空垃圾主要靠三招。

俗话说，惹不起躲得起。2015年，国家航天局空间碎片监测与应用中心就在紫金山天文台挂牌成立，依托全国多地的观测站以及目前已具备的数据库，对近20000块在太空中散落的空间碎片进行跟踪。借助雷达和望远镜来观测，预判遭遇轨迹，提前采取措施应对碰撞。

此外，美国全球空间监视网（SSN）、俄罗斯空间监视系统（SSS）、日本美星太空护卫中心（BSGC）等都在实时监测太空中的垃圾。

根本办法在于从源头减量，想办法让航天器离轨并重返大气层销毁。

具体办法有两种，其一是指在航天器生命末期，利用自带的动力装置，降低飞行速度脱离轨道，逐渐坠入大气层。其二是借助薄膜帆、充气球等外部力量降低飞行轨道。

除了被动等待，也可主动出击。

对此颇有争议，保守派人士认为，如果为了清理垃圾而发卫星，结果可能造成更多额外的垃圾。

对于发射卫星有可能造成的太空垃圾问题，中国已经制定了相关规定。2021年5月7日，国防科工局发布《关于促进微小卫星有序发展和加强安全管理的通知》，其中第七、八条明确规定微小卫星应具备一定避碰轨控能力，应具备必要能力以利于实施离轨。

目前卫星设计强制具备主动离轨功能。张又声介绍，在卫星寿命末期，通过离轨装置主要包括离轨帆、推进系统等进行主动降轨，到达一定高度后经过一段时间可完成陨落烧毁。

责编 | 肖振宇

题图 | 视觉中国